同步整流降压转换器的传导损耗

在上一篇文章中,我们了解了同步整流降压转换器的损耗发生位置,并介绍了转换器整体的损耗是各部位的损耗之和。从本文开始将探讨各部位的损耗计算方法。本文介绍功率开关–输出端MOSFET的传导损耗。

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  • PONH:高边MOSFET导通时的导通电阻带来的传导损耗
  • PONL:低边MOSFET导通时的导通电阻带来的传导损耗
  • PSWH:开关损耗
  • Pdead_time:死区时间损耗
  • PIC:IC自身功率损耗
  • PGATE:栅极电荷损耗
  • PCOIL:电感的DCR带来的传导损耗

输出端MOSFET的传导损耗

输出端MOSFET的传导损耗是高边和低边MOSFET导通时的导通电阻(RDS(ON))带来的,也称为“导通损耗”。在这里使用以下符号来表示。

 PONH:高边MOSFET导通时的导通电阻带来的传导损耗
 PONL:低边MOSFET导通时的导通电阻带来的传导损耗

导通电阻是表示MOSFET特性的重要参数之一,并且MOSFET一定存在导通电阻。因此显而易见,具有电阻的导体中会有电流流过,而这部分会产生损耗。

下面来求MOSFET的传导损耗。下面电路图中的IONH(红色)表示高边MOSFET导通时的电流。IONL(蓝色)为低边MOSFET导通时的电流。波形图中的LX是开关节点的电压波形,IONH和IONL是伴随着开关的各电流波形,IL是电感电流,这是一个标准型示例。

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在同步整流中,高边开关导通时低边开关会关断,低边导通时高边会关断。开关节点波形的红色部分表示流过IONH,蓝色部分表示流过IONL。也就是说,这期间流过MOSFET的电流和MOSFET的导通电阻带来的功率损耗成为各自的传导损耗。以下为计算公式示例。

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可以看出,结果是根据欧姆定律,I2、R乘以导通期间后的值。电流模型使用了平均电流Io

顺便提一下,在二极管整流(非同步整流)的情况下,同步整流的低边MOSFET仅成为二极管,因此可以用同样的思路来求损耗。二极管中没有“导通电阻”这个参数,因此根据正向电压Vf计算。在这里由于电压(Vf)是已知的,因此可以通过V、I来计算。另外,当开关为双极晶体管时,也可以按照和二极管相同的思路根据VCE来计算。

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在实际的计算中重要的是:导通电阻的值根据Io值中的导通电阻来计算。一般情况下在MOSFET的技术规格书中会给出导通电阻RDS(ON)和IDS的曲线图,可以利用这些数据。二极管的Vf和双极晶体管的VCE也同样可以使用技术规格书中给出的数据。

下一篇文章中将探讨开关损耗。

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